EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI - bokmålsutgave

Transkript

1 Side 1 av 7 NORGES TEKNISK- NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR MATERIALTEKNOLOGI Faglig kntakt under eksamen: Institutt fr materialteknlgi, Gløshaugen Førsteamanuensis Hilde Lea Lein, tlf EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI - bkmålsutgave Mandag 25. mai 2009 Tid: kl Hjelpemidler: B2-Typegdkjent kalkulatr, med tmt minne, i henhld til utarbeidet liste. Aylward & Findlay: SI Chemical Data Sensuren faller i uke 25 Oppgave 1. Det er kun ett riktig svar fr hver delppgave. Sett derfr kun ett kryss. Dersm t eller flere svar avgis, bedømmes denne delppgaven med null peng. i) Hva er elektrnknfigurasjnen til Mg 2+? a) [Ar] b) [Ar] 3s 2 c) [Ne] d) [Ne] 3s 2 ii) Fra hvilken reaksjn beskrives gitterentalpien (ΔH L ) fr et krystallsystem? a) A + (s) + B - (s) AB(s). b) A(s) + B(s) AB(s)... c) A(g) + B(g) AB(s)... d) A + (g) + B - (g) AB(s) iii) Hva sier Hess lv? a) Summen av ΔH fr et sett delreaksjner = ΔH fr ttalreaksjnen.. b) Summen av partialtrykk til gassene i en gassblanding = ttaltrykket c) Partialtrykket er lik mlbrøk ganger ttaltrykket. d) Aktiviteten er lik partialtrykket delt på et referansetrykk....

2 Side 2 av 7 iv) Et hypervalent atm er: a) et atm sm ppfyller ktettregelen eksakt. b) et atm sm kan ha flere valenselektrner enn 8 c) en edelgass d) et atm sm må bindes til et annet ved minst en dbbeltbinding v) En Brønsted Lwry base er: a) et stff sm kan ta pp prtner (prtn akseptr). b) et stff sm kan gi fra seg prtner (prtn dnr) c) et stff sm kan ta pp elektrner (elektrn akseptr) d) et stff sm kan gi fra seg elektrner (elektrn dnr) vi) Hvilken reaksjn beskriver Haber-Bsch-prsessen? a) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(g).. b) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(g)... c) N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO(g).. d) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) vii) Saltet NaF(s) tilsettes i en vandig løsning av KF. Hvrdan vil løseligheten til saltet være sammenlignet med å løse det i rent vann? a) Løseligheten vil være større. b) Løseligheten vil være mindre.. c) Løseligheten er upåvirket d) Ingenting av saltet kan løses uansett løsemiddel. viii) Hvrdan kan Ni 2+ bestemmes ved kvalitativ analyse? a) Ved utfelling med klrid (gruppe 1). b) Ved utfelling med sulfid g lav ph (gruppe 2) c) Ved utfelling med sulfid g høy ph (gruppe 3) d) Ved utfelling med karbnat (gruppe 4) ix) Hva sier termdynamikkens første lv? a) Energien i universet er knstant... b) Entrpien til en perfekt krystall er null ved 0 K.. c) Entrpien i universet er knstant. d) Entrpien i universet øker x) Ved knstant vlum; hvilket uttrykk er riktig? a) ΔE = q PΔV... b) ΔE = q.. c) ΔH = q.. d) Ingen av disse... xi) Hvilken er ikke en tilstandsfunksjn? a) Gibbs fri energi. b) Entrpi.. c) Entalpi.. d) Arbeid..

3 Side 3 av 7 xii) Hvilken av følgende reaksjner beskriver en elektrlysecelle? a) Fe + CuSO 4 Cu + FeSO 4. b) Pb 2+ + MgCO 3 Mg 2+ + PbCO 3 c) 2 Mg + O 2 2 MgO d) 2 Al 2 O 3 + 3C 4 Al + 3 CO 2... xiii) Grunnstffet X danner eksplsive blandinger med halgengass g ksygengass. Det er i seg selv ikke giftig, men inngår i svært mange giftige frbindelser. Finnes i tre naturlige istper hvrav den ene er radiaktiv g en annen er brukt i atmkraftverk. Kan danne inene X + g X -. Oksidet har et mye høyere kkepunkt enn sulfidet, ne sm frklares med spesielle bindinger mellm mlekylene. Hvilket grunnstff er X? a) Cl.. b) H... c) C d) Na. xiv) Den viktigste bruken av grunnstffet X er i stållegeringer da det gir stålet en helt spesiell egenskap. Frbindelsene med dette grunnstffet er ftest fargede, blant annet gir det pphav til fargen i Nrges nasjnalstein. Det rene grunnstffet fås fra reduksjn med C. XO 4 - er et kraftig ksidasjnsmiddel. Hvilket grunnstff er X? a) Cr... b) Fe... c) Mn. d) C.. xv) Kke- g smeltepunktet til dette ikke-metalliske grunnstffet X er ekstremt høyt. Grunnstffet er lett g hardt, g danner den svake syren H 3 XO 3. Viktigste bruk er i varmebestandig glass, fr eksempel PYREX-glass. Grunnstffet danner særegne frbindelser med hydrgen, bl.a. X 2 H 6. Hvilket grunnstff er X? a) C b) Li... c) F. d) B

4 Side 4 av 7 Oppgave 2. En galvanisk celle har en halvcelle hvr en kbberstav er plassert i en kbbersulfatløsning (0,5 M), mens den andre halvcellen består av en sølvstav i en sølvnitratløsning (0,1 M). Kamrene er frbundet med en saltbr av kaliumnitrat. a) i) Tegn den galvaniske cellen g indiker hvrdan inene g elektrnene beveger seg. ii) Skriv pp halvcellereaksjnene g ttalreaksjnen. iii) Hva blir standard celleptensial g celleptensialet fr cella med de gitte knsentrasjnene? iv) Hva blir Gibbs fri energi g standard Gibbs fri energi fr cellereaksjnen? b) Den galvaniske cellen i a) går til likevekt er innstilt. Beregn likevektsknstanten. c) Ta utgangspunkt i kammeret fra cella i a) hvr ksidasjnen fregår (før likevekten mtalt i b) innstilles). Denne halvcellen byttes ut med en sølvelektrde i en sølvnitratløsning med knsentrasjn på 0,5 M. Hva blir nå ttalreaksjnen, standard celleptensial g celleptensialet fr cella? d) Hvrdan virker en ineselektiv elektrde (feks ph-elektrden)? Frklar krt. Oppgave 3. Prpan kan spaltes til prpen g hydrgen sm gitt i ligningen CH( g) ¾¾ CH ( g) + H ( g) (1) a) i) Beregn ΔHº, ΔSº g ΔGº fr reaksjnen (1) ved 25 C. ii) Er reaksjnen endterm eller eksterm? Hvrdan vil likevektsknstanten endres med økende temperatur? Frklar. iii) Hvis du ikke hadde regnet ut tallverdien fr ΔSº; hvrdan ville du frventet at frtegnet på denne verdien var? Frklar hvrfr. b) Beregn likevektsknstanten fr reaksjnen ved 25 C. c) Beregn likevektsknstanten fr reaksjnen ved 800 C hvis vi antar at entrpien g entalpien er uavhengig av temperaturen. d) Likevektsknstanten beregnet i c) er basert på trykk av gassene (K p ). Ved 25 C fylles en behlder med knstant vlum med prpan med et trykk på 3,00 atm. Behlderen lukkes g varmes pp til 800 C. Hva blir likevektstrykkene til de ulike gassene ved 800 C? Hvis du ikke har funnet en verdi på K p i c) så anta at K p = 1,5. e) Fr å få best mulig utbytte; ved hvilke betingelser (trykk g temperatur) bør prsessen kjøres? Frklar krt.

5 Side 5 av 7 Oppgave 4. Ved ppvarming av nitrgendiksid vil nitrgenmnksid g ksygen dannes ifølge ligningen 1 NO2( g) ¾¾ NO( g) + O2( g) (2) 2 a) Eksperimentelt er det funnet at reaksjnen følger hastighetslven: d[ NO2 ] - = kno [ ] 2 2 dt Angi den integrerte hastighetsligningen. b) Ved 300 C er hastighetsknstanten k = 0,468 L ml -1 s -1. Anta at et frsøk starter med et NO 2 -trykk på 1.00 atm ved 300 C. Beregn hvr lang tid det tar før NO 2 -trykket er halvert. c) Ved 485 C er hastighetsknstanten k = 3,975 L ml -1 s -1. Beregn reaksjnens aktiveringsenergi. d) Hvis generelt t mlekyler skal reagere fr å danne nye prdukter; hvilke t krav er de viktigste fr at reaksjnen skal kunne skje (kinetisk sett)? e) Anta at reaksjnen (2) går til likevekt i en lukket behlder. Hvrdan vil likevekten frskyves utfra Le Chateliers prinsipp dersm følgende endringer blir gjrt: i) NO(g) tilføres ii) Vlumet halveres iii) En inert gass tilsettes f) Hvrdan fungerer en katalysatr? Frklar krt. Oppgave 5. a) En typisk titreringskurve av en svak syre (HA) med en sterk base (f. eks. NaOH) er gitt i figuren under. Beskriv hva sm skjer i punktene A, B, C g D g indiker hva sm bestemmer ph i de fire tilfellene.

6 Side 6 av 7 Oppgave 5 (frts.) b) Til titreringen brukes den svake syra maursyre (frmic acid, HCOOH, 0,1 M) sm titreres med 0,15 M NaOH. i) Bestem ph i syra før ne base er tilsatt. ii) Det pipetteres ut 25 ml av syra. Hva er ph ved ekvivalenspunktet? iii) Freslå en egnet indikatr fr titreringa. iv) Hvrdan vil en syre-base titreringsanalyse påvirkes dersm det er løst CO 2 tilstede? c) Hva er en buffer g hvrdan virker den? Hvr i titrerkurven i a) er bufferkapasiteten størst? Frklar hvrfr. Oppgave 6. a) i) Beskriv krt frskjellen på kvalente bindinger g inebindinger. ii) Hva mener vi med elektrnegativitet? iii) Hvrdan kan vi enkelt bruke elektrnegativitet til å skille mellm kvalent binding g inebinding i en frbindelse? b) i) Hva er hvedprinsippene fr VSEPR-terien? ii) Tegn Lewisstrukturen til følgende mlekyler/iner: ICl 2 -, HClO 3 g SO 3. Husk at minst ett har resnansstruktur. iii) Hvilke av mlekylene/inene i ii) har et diplmment? iv) Bestem mlekylstrukturen til mlekylene/inene ved hjelp av VSEPR-mdellen. Angi gså bindingsvinklene. c) På labratriet lagde dere en ustøkimetrisk frbindelse av Cu g S. Frklar hva vi mener med en ustøkimetrisk frbindelse. d) i) Hva er generelt frskjellen på alkhler, aldehyder, ketner g etere? ii) Hva er frskjellen på sykliske g armatiske hydrkarbner? iii) Tegn følgende rganiske mlekyler: 2,3-dimetylbutan, 3-etyl-2-heksen, 1-isprpyl-3-metylsyklheksan, metylprpyleter, 2-pentann e) Hva menes med klrimetri? Frklar krt hvrdan klrimetri kan benyttes til å bestemme knsentrasjn til et in i en løsning.

7 Side 7 av 7 FORMEL KOMMENTAR PV = nrt Ideell gass Pi = n RT/V ( PT = Pi ) Partialtrykk av i i i C = q / T Varmekapasitet E = q + w H = E + PV H = q p Endring i indre energi Entalpi Knstant P. Bare vlumarb. H = H ( prdukter) - H (reaktanter) Husk støkimetriske keffisienter f f H T = H CP T C p knstant K 2 H 1 1 H g S knstant ln = - K1 R T1 T2 dqrev Entrpiendring ds = T T C p knstant ST = S298 + CP ln 298,15 G = H TS Gibbs energi. Fri energi. G = H - TS Endring i fri energi ved knstant T G T = H TS 298 C p 0 G = G + RT ln Q Reaksjnskvtient, Q G = G + RT ln a G = - RT G = - nfe Q = It = nef E = E r = - Aktivitet (relativ), a ln K Likevektsknstant, K RT 0, lnq= E - lg Q, 25 C nf n 1 d[a] 1 d[c] l m n p = = k[a ] [B ] [C ] [D ] a dt c dt Ttal rden = l + m + n + p k = A e E - a RT Celleptensial, E Elektrisk ladning Nernsts ligning Reaksjnshastighet fr aa + bb cc + dd Hastighetsknstant, k Aktiveringsenergi, E a